Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо

    Главная

    Новости

    Методика 

    За страницами учебников 

    Библиотека 

    Медиаресурсы

    Школьная библиотека

    Подготовка к ЕГЭ, ГИА

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология  

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Творчество педагогов

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Творческие страницы

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея 

    Школа фотомастерства

    Доска объявлений

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

      День за днем : Статьи 

      Статьи  


     
     
    ГЕОГРАФИЯ - ОДНА ИЗ ОСНОВ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
     
     
     
     

    Владимир Михайлович КотляковАкадемик Владимир КОТЛЯКОВ, директор Института географии РАН
     
     
    География - одна из древнейших в семье семи фундаментальных естественных наук. Она возникла еще в античные времена, прошла важные этапы своего развития и сейчас в значительной мере основывается на космической информации и геоинформационных технологиях. В статье рассказывается об одном из последних достижений географии - открытии подледного озера Восток в Центральной Антарктиде - и о циклическом характере развития природы Земли. Перечисляются основные задачи и направления современных географических исследований.
     

    НУЖНА ЛИ ГЕОГРАФИЯ В XXI ВЕКЕ?
     
    Уже долгое время, буквально со студенческих лет, пришедшихся на первую половину 1950-х гг., меня преследовало вызывавшее мое удивление неверие некоторых специалистов-географов в свою профессию. Тогда раздавались, да и сейчас иногда можно услышать сетования вроде «А нужна ли вообще география людям, когда все природные объекты, существующие на Земле, известны, а саму поверхность планеты «наблюдают» сотни космических аппаратов, регулярно облетающих земной шар?».

    Подобные вопросы всегда приводили меня в недоумение. Невозможно себе представить, чтобы какая-либо стройка на Земле могла начаться без детальной оценки специалистами-географами или какая-либо природная либо природно-техногенная катастрофа вроде катастрофических засух или наводнений либо лесных пожаров может быть понятна без применений разносторонних знаний географа.

    Путешествуя однажды по Соединенным Штатам Америки, я посетил фирму, занимавшуюся эколого-географической экспертизой крупных объектов, строящихся в самых разных природных условиях. Руководитель фирмы рассказал мне, что такая экспертиза продолжается довольно долго и в ней участвуют специалисты самых разных направлений: геологи, гидрогеологи, геофизики, биологи, археологи и пр. «Но завершают эту работу всегда географы, — пояснил мне хозяин фирмы, — потому что обладатели комплексных географических знаний могут понять суть всей проблемы, объединить мнения отдельных экспертов и написать общее заключение, рекомендующее или, наоборот, запрещающее то или иное строительство». Причина такого положения географов в экспертизе заключается в самой сути географии — широкой и глубокой комплексной дисциплины, охватывающей оба крыла наших знаний — и естественные, и общественные науки.
     

    ГЕОГРАФИЯ - ОДНА ИЗ СЕМИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК
    География возникла в незапамятные времена, еще в Древнем Египте и Месопотамии, потому что человек хотел узнать местность вокруг своего дома, окрестности родных мест. Плавая по соседним рекам и вдоль морских берегов, он должен был ориентироваться, запоминать увиденное, классифицировать полезные и вредные места в своей памяти. Так возникли зачатки географии. А в Древней Греции, в период расцвета науки и искусств, вслед за астрономией география встала на научно-исследовательскую базу, и древнегреческие философы, такие как Анаксимандр и Анаксимен в VI в. до н.э. уже развивали идеи географической целостности античного мира, а Анаксимандр к своему трактату «О природе» приложил географическую карту, которая дала начало античной картографии.

    Таким образом, география стала второй по счету после астрономии фундаментальной наукой естествознания. Всего таких фундаментальных дисциплин насчитывается семь: в порядке возникновения это астрономия, география, математика, физика, химия, биология, геология. Каждая из них имеет свой предмет исследования. География изучает внешние оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, криосферу и, как сейчас говорят, антропосферу, то есть территориальные особенности хозяйства и деятельности человека.

    По мере накопления знаний география, как и любая другая наука, усложнялась и разрасталась вширь. Два главных крыла географии — физическое и социально-экономическое — обрастали новыми направлениями, привлекали все новые и новые методы исследований, что позволило углубить знания о законах пространственного развития природы и хозяйственной деятельности людей.
    За прошедшие века «древо географии» сильно разрослось и приносило полезные человеку «плоды». География прошла через эпоху Великих географических открытий (XVI-XVIII вв.), эпоху познания малодоступных уголков на разных континентах (XIX — первая половина XX в.), эпоху наблюдений из космоса (вторая половина XX в.) и дистанционных космических исследований Земли (конец XX — начало XXI в.).

    В 2000-2007 гг. мы с профессором МГУ А.И. Комаровой работали над пятиязычным академическим словарем, и всю область географической науки удалось разделить на 14 крупных дисциплин, каждая из которых в свою очередь может быть представлена еще более дробно.

    Отдельные отрасли географии, безусловно, взаимодействуют между собой, потому что природные явления, происходящие на поверхности Земли и в океане, связаны друг с другом, формируя и облик Земли, и основные процессы, происходящие под влиянием внешнего источника энергии — Солнца и земных источников, изучаемых географией.

    «Чудо» географии заключается в том, что это единственная из фундаментальных наук, имеющая и естественнонаучную, и социально-экономическую составляющие. В географии неразрывно связано изучение природных и социальных процессов во всем их многообразии и пространственных различиях. Хотя социальное имеет свою внутреннюю надприродную логику развития, оно в то же время подчинено общеприродным закономерностям. Природная предопределенность в той или иной мере свойственна всем сферам общественной жизни на любой стадии исторического развития, так как человек — звено эволюции, часть природы и может существовать лишь благодаря постоянному обмену с ней. Поэтому законы социальных наук имеют в своей основе природную составляющую, это роднит их с законами естественных наук и позволяет сохранять единство географии.

    В уже упоминавшемся Словаре мы дали такое краткое определение географии. Это комплекс наук, изучающих природные и антропогенные явления на поверхности Земли и в окружающих ее сферах, их пространственное распределение и изменения во времени. Из приведенного определения следует непреходящее значение географии и бесконечность ее развития, как и любой другой фундаментальной науки.

    Проблема бесконечности развития науки — вопрос философский. Как и проблема целесообразности устройства земного шара и его составляющих. Ведь это удивительно, что вода, замерзая, превращается в лед, который на 10% легче и образует на поверхности воды плавучий покров, предохраняющий реки и водоемы от промерзания до дна и тем самым сохраняющий в них жизнь, несмотря на регулярно возникающие морозные условия.
     
    ПОСЛЕДНЕЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОТКРЫТИЕ XX ВЕКА
     
    В XX в. быстрое развитие космических методов привело к новым географическим открытиям. Уже на первых фотоснимках, полученных космическими аппаратами, мы увидели огромные кольцевые структуры земного рельефа, давшие повод для многих размышлений геоморфологов. А затем были открыты подледные озера в Антарктиде. Я принимал непосредственное участие в этом географическом открытии, а потому расскажу о нем чуть подробнее.

    В начале 1960-х гг. сотрудник моего отдела И.А. Зотиков теоретически доказал, что существует критическая толщина ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. В результате его расчетов выяснилось, что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идет непрерывное таяние.

    В 1959 и 1964 гг. при сейсмозондировании в Центральной Антарктиде А.П. Капица получил сейсмограммы в районе станции Восток с двумя отражениями на глубинах 3730 и 4130 м. Тогда верхнее отражение приняли за отражение от днища льда, а нижнее отражение приписали границе ледниковых отложений и коренных пород. Однако последующий анализ показал, что вполне вероятно, а теперь уже определенно, мы имеем здесь дело не с ледниковыми отложениями, а с водной толщей, превышающей 400 м.

    В 1970-х гг. Британский полярный институт им. Р. Скотта выполнил большую программу полетов с радиозондированием в Центральной Антарктиде, в результате чего были оконтурены крупные скопления подледниковых вод, которые тогда были названы подледными озерами. В 1990-х и 2000-х гг. в этом районе выполнялись детальные наземные отечественные и американские аэрогеофизические исследования, которые определили размеры этого грандиозного подледного озера, получившего название «Восток»: длина — 230 км, ширина — 50 км, площадь поверхности — около 10 тыс. км; мощность льда над озером — 3700-4200 м, средняя глубина озера — около 400 м, а объем воды в нем — 6100 км3.

    Лед спускается с запада и на высоте примерно 3550 м переходит на плав, движется по поверхности воды и затем упирается в восточный берег озера, снова приобретая черты ледникового щита. Рельеф поверхности у края озера достаточно сложен, что свидетельствует о непростых процессах при переходе льда на плав и, наоборот, при достижении им твердого основания. Таким образом, огромная толща льда, возвышающаяся над озером, может рассматриваться как своеобразный шельфовый ледник. Все это — совершенно новое природное явление, представляющее собой географическое открытие мирового значения.
     
     
     
    ГЛУБОКАЯ ЛЕДНИКОВАЯ СКВАЖИНА НА СТАНЦИИ ВОСТОК
     
     
    Станция Восток была создана и открыта в самом начале 1958 г., в период Международного геофизического года, когда и мне выпало счастье провести 13 месяцев на Антарктическом материке. Здесь, в Центральной Антарктиде, на высоте 3490 м над уровнем моря средняя годовая температура воздуха равна -55,5°С, а за год накапливается всего 23 мм осадков — это настоящая полярная пустыня. Толщина льда близка к 3700 м; таким образом, вся толща содержит лед, отложенный на протяжении нескольких сотен тысяч лет. Изотопный профиль из скважины со станции Восток характеризует температурные условия в полярных областях за последние 420 тыс. лет и позволяет сделать важные заключения.

    Во-первых, концентрация парниковых газов и глобальная температура в прошлом изменялись параллельно, но содержание газов резко возросло за последние 100 лет, тогда как изменения температуры не выходят за рамки ее естественных флуктуации. Во-вторых, уровень климатического оптимума голоцена на 1,5-2°С ниже максимальной температуры предыдущего межледниковья, когда, естественно, никакого антропогенного влияния на Земле не было.

    И в-третьих, голоцен, продолжающийся уже около 11 тыс. лет, намного длиннее предыдущих четырех межледниковых периодов и в ближайшем геологическом будущем, очевидно, сменится новой ледниковой эпохой.

    Для ледниковых эпох характерно не только общее похолодание, но и резкое усиление контрастов между разными широтами, между сушей и океаном и, следовательно, рост энергии всех океанических и атмосферных процессов. В периоды глобальных похолоданий усиливались океанические и атмосферные течения, а также активизировались циклонические процессы на границе ледниковых покровов. Доказательства более сильной атмосферной циркуляции в ледниковые эпохи принесли результаты измерений концентрации континентальных и морских аэрозолей в ледяном керне из скважин.

    К микрочастицам континентального происхождения относятся: пыль из пустынь, продукты выветривания горных пород, сульфат аммония, образованный из S02 и NH3 над континентами. Морские микрочастицы возникают при разрыве пузырьков в «белых барашках» при сильных ветрах на поверхности моря. Из-за больших размеров, растворимости и быстрого формирования облаков они стремительно удаляются из атмосферы. Поэтому основная масса микрочастиц в средней и верхней частях тропосферы состоит из частиц континентального происхождения, и именно их мы находим в толще высоко расположенных полярных и горных ледников. Изучение глубинного ледникового керна — пока единственный путь реконструировать прошлые особенности атмосферы, в частности главные биогенные циклы углерода, серы, азота.

    Типичный индикатор — аэрозоли алюминия и натрия. Концентрации и тех и других возрастают в ледниковые эпохи. На станции Восток в плейстоценовом льду концентрация континентальной пыли в 70 раз, а морских аэрозолей — в 5 раз больше, чем в голоценовом льду. Главная причина этого — усиление ветров из-за роста межширотных контрастов. Важную роль играло и опустынивание предледниковых областей, и их расширение из-за осушения шельфов при эвстатическом снижении уровня моря, так как часть воды шла на формирование ледниковых покровов.

    Таким образом, все химические параметры, исследованные в ледяном керне, приводят нас к выводу о резком росте «запыленности атмосферы» и усилении меридиональной циркуляции в ледниковые эпохи, что связано с увеличением разницы температур между экваториальной и полярной областями Земли. Более того, запыленность атмосферы сама служит мощным климатообразующим фактором: увеличение количества пыли и аэрозолей при похолоданиях, в свою очередь, способствует дальнейшему похолоданию.
    Это подтвердили специальные исследования климатологов, занимавшихся прогнозом последствий ядерной войны («ядерная зима»). Ведь поступление масс пыли и пепла в атмосферу будет главным последствием ядерных взрывов, и вес поднятой ими пыли может достигать миллиардов тонн. По данным моделирования, пыль и пепел быстро обволокут всю Землю, в результате чего прозрачность атмосферы для солнечной радиации уменьшится, по разным оценкам, в 75-200 раз. Это должно привести к нагреву верхних частей тропосферы и резкому (на 15-30°С) выхолаживанию ее приземного слоя. А локальные эффекты могут быть еще большими, вызывая похолодания воздуха крупных регионов умеренного пояса Северного полушария на 40-50 °С. Из этого следует, что рост количества пыли и аэрозолей в атмосфере при похолоданиях, в свою очередь, способствовал усилению этих похолоданий — между обоими процессами устанавливалась положительная обратная связь.

    Модель подобного развития событий дает сама природа. При извержениях некоторых вулканов в атмосферу из них выбрасываются многие кубокилометры пепла и других примесей. Вулкан Кракатау на о. Ява, например, выбросил в 1883 г. 18 км распыленных продуктов. Еще больше материала попало в воздух в 1815 г. в результате извержения вулкана Тамбора, расположенного на о. Субава в Индонезии. Оно было самым сильным на Земле за последние 500 лет. Выбросы в атмосферу во много раз превысили последствия упомянутого извержения вулкана Кракатау. При этом газ и пепел распространились в верхние слои атмосферы и создали завесу, ставшую экраном для солнечного излучения, что и привело к глубокому охлаждению: в умеренных широтах Северного полушария снег лежал до середины июня, а в Западной Европе уже в августе начались заморозки. В Англии в том году вообще не было лета, и страна осталась без урожая...

    Ответом на эти события было написанное в 1816 г. стихотворение Дж. Байрона, по мотивам которого в 1845 г. И.С. Тургенев опубликовал эссе под названием «Тьма»:
    ...И мир был пуст;
    Тот многолюдный мир, могучий мир
    Был мертвой массой, без травы, деревьев,
    ... Завязли ветры в воздухе немом...
    Исчезли тучи...
    Тьме не нужно было
    Их помощи... она была повсюду...
     
    Судя по модельным экспериментам, такого рода зима длится около двух лет. Но модели не обладают всеми свойственными реальной атмосфере механизмами устойчивости. После «ядерной зимы» климат может и не вернуться к прежнему.

    Гляциологические и океанологические данные демонстрируют циклический характер климатических колебаний, представляющих собой отражение астрономических факторов, проанализированных в свое время Миланковичем. Таким образом, характерная черта природных условий — их цикличность. Уже более миллиона лет на Земле господствует ледниковый период, отличающийся чередованием ледниковых и межледниковых условий.

    Однако каковы бы ни были антропогенные изменения климата, они накладываются на его естественные вариации, масштаб которых все еще сильно превосходит влияния, обусловленные эмиссией парниковых газов. Ряд данных свидетельствует о том, что климат в прошлом менялся гораздо сильнее, чем в период инструментальных наблюдений, то есть за последние 150 лет. В климатах прошлого отмечены значительные колебания уровня озер, режима рек, экстремальные засухи и наводнения. Их повторение в будущем может иметь серьезные социально-экономические последствия, к ним могут и не адаптироваться социальные и экономические системы.
     
    СОВРЕМЕННЫЕ ЗАДАЧИ ГЕОГРАФИИ
     
    В наше время существует широкий фронт задач, стоящих перед географией. В Российской академии наук создана система институтов географического профиля. Это, прежде всего, институты географии в Москве, Иркутске и Владивостоке, институты водных и экологических проблем в Москве, Санкт-Петербурге, Петрозаводске, Барнауле и Хабаровске, Институт степи в Оренбурге. Они работают по актуальным проблемам географической науки, в числе которых можно назвать следующие комплексы проблем.

    Палеогеографические исследования сосредоточены на реконструкции и прогнозе климатических и геоэкологических изменений природной среды Северного полушария и Арктики на основе изучения событий плиоцена, плейстоцена и голоцена, а также определении вклада естественной и антропогенной составляющих в климатические изменения. Дается оценка реакции ландшафтных систем и их компонентов на климатические изменения на основе палеореконструкций и моделирования; изучается эволюция ландшафтов в условиях антропогенных преобразований природной среды. По данным за плейстоцен и голоцен изучаются возможности адаптации человека к экстремальным состояниям геосистем в эпохи глобальных климатических экстремумов.

    Изучаются физические механизмы изменений климата в глобальном и региональном масштабах, в том числе процессов долгопериодных изменений (глубоководная циркуляция океана, колебания ледниковых щитов и т.д.). Исследуются механизмы, формирующие пространственные поля климатических характеристик Северной Евразии в различные эпохи. Пространственно-временные характеристики ожидаемых глобальных и региональных изменений климата на основе палеоаналогов предыдущих эпох (плейстоцена и голоцена) сопоставляются с результатами численного моделирования.

    Предполагается исследовать механизмы, формирующие пространственные поля климатических характеристик Северной Евразии в различные эпохи. С этой целью будут выполнены анализ пространственных полей климатических показателей в разные временные срезы от микулинского межледниковья до климатического оптимума голоцена и исторического периода; формирования полей температуры поверхности океана и распространения морских льдов; численное моделирование климатических характеристик Северной Евразии для различных временных срезов; сопоставление пространственных полей по данным моделирования и восстановления на основе натурных данных.
     
    Разрабатываются основы комплексного мониторинга состояния окружающей среды, включая атмосферу, гидросферу и криосферу, моделируются климатические и экологические эффекты природных катастроф. Исследуются изменения составляющих теплового, водного и углеродного баланса в различных экосистемах суши в связи с изменениями климата и антропогенными воздействиями. Даются оценка, прогноз и предупреждение отрицательных последствий опустынивания и засух, включая проблемы соленакопления в ландшафтах аридных областей.

    Разрабатываются новые методологии, технологии, технические средства и аналитические методы исследований поверхности Земли, ее атмосферы, гидросферы и криосферы. Создаются базы данных картографического обеспечения на основе ГИ С-технологий для оценки состояния окружающей среды и прогноза развития опасных природных процессов. Разрабатываются методы эколого-географической экспертизы крупных хозяйственных проектов на основе ГИС-технологий. Ведется моделирование природных процессов на основе геоинформационных технологий и на этой основе разрабатываются технологии и методы геоэкологического мониторинга.

    Изучаются процессы и закономерности взаимодействия поверхностных, подземных и почвенных вод, моделируется гидрологический цикл суши и его реакция на изменения окружающей среды; развивается теория и методология управления водными ресурсами, водоохранной деятельностью для повышения надежности водообеспечения российских регионов; разрабатываются методы прогнозирования и обосновывается структура мониторинга катастрофических наводнений и паводков на реках России, оцениваются риски их возникновения, социально-экономические и экологические последствия; исследуются механизмы, ведется моделирование и прогнозирование комплексного воздействия климатических и антропогенных факторов на процессы формирования качества вод, структуру водных экосистем и здоровье населения; разрабатываются теоретические основы комплексного мониторинга водных объектов с использованием данных аэрокосмических измерений.

    Исследуется динамика криолитозоны в береговой и прибрежно-шельфовой зоне арктических морей с целью оценки ее состояния и прогноза возникновения опасных криогенных процессов в мерзлотных толщах. Исследуется состояние южной периферии криолитозоны России, включая горные области, в условиях глобального изменения климата и возрастания техногенной нагрузки. Реконструируется геокриологическая история в криогенных и палеокрио-генных областях; изучаются физико-химические основы взаимодействия реликтовых горизонтов газовых гидратов с многолетнемерзлыми породами на суше и в мелководной части шельфа, что позволяет дать прогноз криогенеза.

    Криосфера изучается как важная составляющая эволюции Земли и ее влияния на формирование климата. Исследуется реакция снежного покрова и ледников Евразии на изменения климата за последнее столетие, прогнозируется состояние криосферы в XXI в., включая активизацию стихийных процессов. Исследуется распространение и режим снежного покрова, снежных лавин, селевых и водоснежных потоков и факторов их образования, создаются модели формирования сейсмогенных лавин. Изучается роль криогенеза в поддержании устойчивого состояния природных объектов и инженерных сооружений.

    Изучается влияние различных типов природопользования на состояние природного ресурсно-экологического потенциала территории; выявляются и обосновываются индикаторы устойчивости различных ландшафтов Евразии к интенсивным техногенным воздействиям и климатическим изменениям. Изучаются изменения состояния нарушенных земель в разных природных зонах и обосновываются пути рекультивации, включая восстановление естественных ландшафтов разных природных зон. Разрабатывается методика оценки экологической опасности на региональном и локальном уровнях для устойчивого развития России. Создаются эколого-географические основы устойчивого развития России и мира, географическое и геоинформационное обеспечение перехода к устойчивому развитию Российской Федерации в условиях меняющегося климата для использования в территориальном планировании и в планах стратегического развития.

    Разрабатывается новое биогеографическое районирование Российской Федерации для повышения эффективности и репрезентативности территориальной охраны природы, сохранения природного наследия, ландшафтов и биоты. Выявляются тренды трансформации биоты зональных ландшафтов Российской Федерации и дается ее прогноз в связи с инвазиями чужеродных видов растений и животных при разных климатических и социально-экономических сценариях развития России и мира. Исследуется эволюция почвенных систем в связи с глобальными климатическими и антропогенными воздействиями. Дается оценка изменений составляющих теплового, водного и углеродного баланса в различных экосистемах суши в связи с изменениями климата и антропогенным влиянием. Оцениваются эколого-географические и экологические последствия вступления России во Всемирную торговую организацию.

    Рассматриваются влияние урбанизации на состояние окружающей среды и критерии оценки экологического состояния средних и малых городов. Разрабатывается долгосрочная стратегия устойчивого и сбалансированного развития природно-ресурсного потенциала различных природно-климатических зон России и концепция развития единой сети особо охраняемых природных объектов и формирования ландшафтно-экологического каркаса регионов России. Предлагается стратегия территориального развития и научных основ региональной политики Российской Федерации в условиях депопуляции и сокращения пространства, изучается зарубежный опыт, в том числе в странах с переходной экономикой.

    Перечисленные исследования ведутся большими коллективами ученых. Таким образом, фронт географической науки широк и не должен сокращаться.
     
     
    Иллюстрации автора
     
    Наука в России. - 2012 . - № 1 . - С. 72-80
     
     




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование